深入理解SD卡原理和其内部结构总结

1、简介：SD卡（SecureDigitalMemoryCard）是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。本小节仅简要介绍在SPI模式下，STM32处理器如何读写SD卡，如果读者如希望详细了解SD卡，可以参考相关资料。SD卡内部结构及引脚如下图所示：SD卡内部图.JPG2、SD卡管脚图：SD卡图.JPG3、SPI模式下SD各管脚名称为：sd卡：SPI模式下SD各管脚名称为.JPG注：一般SD有两种模式：SD模式和SPI模式，管脚定义如下：（A）、SDMODE1、CD/DATA32、CMD3、VSS14、VDD5、CLK6、VSS27、DATA08、DATA19、DATA2（B）、SPIMODE1、CS2、DI3、VSS4、VDD5、SCLK6、VSS27、DO8、RSV9、RSVSD卡主要引脚和功能为：CLK：时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz的频率；CMD：双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡；DAT0～3：数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。可根据命令对多块或单块进行读写操作。在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。SD卡命令的格式如表1所示，其中相关参数可以查阅SD卡规范。4、MicroSD卡管脚图：MicroSD卡管脚图.JPG5、MicroSD卡管脚名称：MicroSD卡管脚名称.JPGSD卡与MicroSD卡仅仅是封装上的不同，MicroSD卡更小，大小上和一个SIM卡差不多，但是协议与SD卡相同。一般我们用单片机操作SD卡时，都不需要对FAT分区表信息做处理，原因如下：1）、操作FAT分区表要增加程序代码量、增加SRAM的消耗，对于便携应用来说代码大小和占用SRAM的多少至关重要。2）、即使我们对FAT分区表不做任何了解，实际上我们一样可以向SD卡上写入数据，这就表明使用FAT对我们做数据存储应用来说如同鸡肋。3）、耗费大量经历和时间去了解FAT分区表对于我们做嵌入式软件开发的人来说有些得不偿失。4）、SD卡支持两种操作模式，SD模式和SPI模式，SPI模式做SD数据操作时根本不需要知道FAT，这时候SD卡对于我们来说实际上就是个大的、快速的、方便的、容量可变的外部存储器。基于以上原因，一般情况下对SD卡的操作只需要了解SPI通讯就可以了，而现在大部分单片机都有SPI接口，那么操作SD卡易如反掌。以下是做SD卡试验时使用的电路图：SD卡试验时使用的电路图.JPGSD_CS/连接到单片机的片选SD管脚，只有单片机设置SD_CS/为低电平时才可以操作SD卡。MOSI连接单片机SPI总线的MOSI管脚（SPI数据输入），单片机从这个管脚读取SD卡内的数据。MISO连接单片机SPI总线的MISO管脚（SPI数据输出）、单片机通过这个管脚向SD卡内写入数据。SCK连接单片机SPI总线的SCK(SPI时钟）SD管脚实际上在SD卡内部连接到了GND，当SD插座上没插入SD卡时，单片机从这个管脚能读到高电平（前提是使用单片机内部上拉输入，或者外部增加一个上拉电阻），一旦插入SD卡，这个管脚就变成低电平，这个功能用来检测是否插入SD卡。RSV1和RSV2是保留功能管脚，不需要操作。MicroSD卡的连接和SD卡大同小异，只是MicroSD卡比SD卡少一个GND管脚，所以不能使用上面做的这种插入卡的检测，实际上现在很多SD卡/MicroSD卡插座都有插入检测管脚，当然，一分钱一分货，价格上当然也要贵一些顺便提一下，普通SD卡插座最多5块钱。SPI命令格式Byte1Byte2-5Byte676503107001CommandCommandArgumentCRC1以下是一个简单的测试SD卡读写的程序，程序是基于Atmega128单片机编写的，对于Atmega的其他单片机仅需要做管脚改动就可以使用，其他单片机更改要更大。sd.h//******************************************************************//SPI各线所占用的端口#defineSD_SSPB6#defineSD_SCKPB1#defineSD_MOSIPB2#defineSD_MISOPB3//******************************************************************#defineSD_DDRDDRB#defineSD_PORTPORTB#defineSD_PINPINB#defineSD_SS_HSD_PORT|=(1SD_SS)#defineSDSS_LSD_PORT&=~(1SD_SS)#defineSD_SCK_HSD_PORT|=(1SD_SCK)#defineSD_SCK_LSD_PORT&=~(1SD_SCK)#defineSD_MOSI_HSD_PORT|=(1SD_MOSI)#defineSD_MOSI_LSD_PORT&=~(1SD_MOSI)#defineSD_MISO_IN(SD_PIN&(1SD_MISO))//-------------------------------------------------------------//错误号//-------------------------------------------------------------#defineINIT_CMD0_ERROR0xFF#defineINIT_CMD1_ERROR0xFE#defineWRITE_BLOCK_ERROR0xFD#defineREAD_BLOCK_ERROR0xFC#defineTRUE0x01//-------------------------------------------------------------//MMC/SD命令(命令号从40开始，只列出基本命令，并没有都使用)//-------------------------------------------------------------#defineSD_RESET0x40+0#defineSD_INIT0x40+1#defineSD_READ_CSD0x40+9#defineSD_READ_CID0x40+10#defineSD_STOP_TRANSMISSION0x40+12#defineSD_SEND_STATUS0x40+13#defineSD_SET_BLOCKLEN0x40+16#defineSD_READ_BLOCK0x40+17#defineSD_READ_MULTI_BLOCK0x40+18#defineSD_WRITE_BLOCK0x40+24#defineSD_WRITE_MULTI_BLOCK0x40+25//片选关(MMC/SD-CardInvalid)#defineSD_Disable()SD_SS_H//片选开(MMC/SD-CardActive)#defineSD_Enable()SD_SS_LSD_TEST.C//****************************************************************************************///ICC-AVRapplicationbuilder:03-5-208:39:11//Target:M128//Crystal:3.6864Mhz#include#include#include'sd.h'voiduart0_init(void);voidputchar(unsignedcharcontent);voidputstr(unsignedchar*s);voidSD_Port_Init(void);unsignedcharSD_Init(void);unsignedcharSD_write_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer);unsignedcharSD_read_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer);unsignedcharSPI_TransferByte(unsignedcharbyte);unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedcharcmd,unsignedlongaddress);unsignedlongSD_find(void);//**************************************************************************//串口调试程序//**************************************************************************voiduart0_init(void){UCSR0B=0x00;//disablewhilesettingbaudrateUCSR0A=0x00;UCSR0C=0x06;//00000110UART0设置为异步模式、无奇偶校验、1位停止位、8位数据位UBRR0L=0x17;//setbaudrateloUBRR0H=0x00;//setbaudratehi设置UART0口通信速率9600UCSR0B=0x18;}voidputchar(unsignedcharcontent){while(!(UCSR0A&(1UDRE0)));/*判断上次发送有没有完成*/UDR0=content;/*发送数据*/}voidputstr(unsignedchar*s){while(*s){putchar(*s);s++;}}//****************************************************************************//端口初始化voidSD_Port_Init(void)//****************************************************************************{SD_PORT|=(1MSD_SCK)|(1SD_SS); 输出SD_DDR|=(1SD_SCK)|(1SD_MOSI)|(1SD_SS); 输出SD_DDR&=~(1SD_MISO); 输入}//****************************************************************************//初始化MMC/SD卡为SPI模式unsignedcharSD_Init(void)//****************************************************************************{unsignedcharretry,temp;unsignedchari;SPCR=0x53;//设定SPI为128分频，慢速进行初始化SPSR=0x00;for(i=0;i0x0f;i++){SPI_TransferByte(0xff);//延迟74个以上的时钟}SD_Enable();//开片选SPI_TransferByte(SD_RESET);//发送复位命令SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0